[PDF] Prélèvements deau souterraine en relation avec les sites pollués

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Sites contaminés

Estimation de la mise en danger

Prélèvements d'eau

souterraine en relation avec les sites pollués

L'environnement pratique

Office fédéral de

l'environnement, des forêts et du paysage OFEFP

Sites contaminés

Estimation de la mise en danger

Prélèvements d'eau

souterraine en relation avec les sites pollués

Publié par l'Office fédéral

de l'environnement, des forêts et du paysage OFEFP

Berne, 2003

L'environnement pratique

Valeur juridique de cette publication

La présente publication est une recommandation élaborée par l'OFEFP en tant qu'autorité de surveillance. Elle s'adresse en premier lieu aux autorités d'exécu- tion. Elle concrétise des notions juridiques indéterminées provenant de lois et d'or- donnances et permet ainsi une application uniforme de la législation.

De telles re-

commandations (appelées aussi directives, instructions, manuels, guides, aides pratiques) paraissent dans la collection " L'environnement pratique / Vollzug

Umwelt ».

Ces recommandations garantissent l'égalité devant la loi ainsi que la s

écurité du

droit, tout en favorisant la recherche de solutions adaptées aux cas particuliers. Si l'autorité en tient compte, elle peut partir du principe que ses dé cisions seront conformes au droit fédéral. D'autres solutions ne sont pas exclues; selon la juris- prudence, il faut cependant prouver leur conformité avec le droit existant.

Editeur

Office fédéral de l'environnement, des forêts et du paysage(OFEFP) L'OFEFP est un office du Département fédéral de l'environnement des transports, de l'énergie et de la communication (DETEC)

Auteurs

Groupe de travail "Investigation préalable»: ?B. Bahrig, Arbeitsgemeinschaft Boden- und Grundwasserschutz, D-Konstanz ?M. Brehmer, Service de la protection de l'environnement du canton de Sol eure ?H. Burger, Département de la construction du canton d'Argovie ?P. Huggenberger, Géologue cantonal du canton de Bâle-Ville ?R. Philipp, magma AG, Zurich ?D. Reinker, Ecoswiss, Zurich ?D. Rossel, AB Conseil SA, Orbe ?B. Schmid, BMG Engineering AG, Schlieren (représentant de la Société suisse des industries chimiques, S SIC) ?M. von Allmen, Dr. Graf AG, Gerlafingen (représentant de Swissmem) ?U. Ziegler, OFEFP (président)

Image de couverture

Hans-Peter Imhof, Atelier für Gestaltung Bern

Commande

Office fédéral de l'environnement, des forêts et du paysage

Documentation, 3003 Berne

Fax + 41 (0)31 324 02 16, E-mail: docu@buwal.admin.ch

Internet: www.buwalshop.ch

Numéro de commande

VU-3413-F

© OFEFP 2003

5.2003 300 94552/162

3

Table des matières

Résumé .............................................................................................................. 5

1 Introduction................................................................................................ 7

1.1 Généralités....................................................................................... 7

1.2 Objectifs de l'aide à l'exécution......................................................... 8

1.3 Domaine d'application....................................................................... 8

2 Délimitation d'un site pollué ....................................................................... 9

3 La zone en aval d'un site pollué............................................................... 12

4 La zone en aval à proximité du site.......................................................... 15

5 La zone en amont d'un site pollué............................................................ 18

6 Stratégie d'échantillonnage...................................................................... 20

6.1 Modèle hydrogéologique de travail................................................. 20

6.2 Disposition et nombre de points de prélèvement ............................ 20

6.3 Echantillonnage.............................................................................. 23

ANNEXE........................................................................................................... 26

Bibliographie complémentaire.................................................................. 26

Lois et ordonnances................................................................................ 27

5

Résumé

Selon la législation sur la protection de l"environnement, l"objectif de l"assainis- sement des sites contaminés consiste à éliminer les atteintes à l"environnement nuisibles ou incommodantes causées par ces sites et le danger concret de telles atteintes. Les immissions peuvent toucher divers domaines environnementaux, tels le sol, l"air et les eaux superficielles, mais aussi et surtout les eaux souter- raines que nous voulons protéger. C"est pourquoi l"ordonnance du 26 août 1998 sur l"assainissement des sites pollués (OSites) définit des critères spécifiques pour l"examen et l"évaluation des atteintes portées aux eaux souterraines par les sites pollués. Afin d"évaluer les immissions qui altèrent actuellement ces eaux, il faut y prélever des échantillons et comparer l"apport en polluants dans la zone située en aval à proximité d"un site avec la qualité de l"eau en amont de ce site. L"OSites énonce explicitement que, pour évaluer les atteintes émanant d"un site, il faut déterminer la concentration des polluants qui s"en écoulent dans la zone située en aval à proximité de ce site. C"est pourquoi il faut délimiter pour chaque cas la " zone en aval à proximité du site » et choisir la méthode qui sera appli- quée pour prélever les échantillons d"eau souterraine à analyser. La présente aide à l"exécution met à la disposition des autorités d"exécution et des conseillers scientifiques les informations de base nécessaires pour prélever des échantillons représentatifs, permettant de déterminer la concentration des polluants s"écoulant d"un site. Elle définit à cet effet les critères applicables pour délimiter la zone en aval à proximité du site. Elle fournit en outre les bases né- cessaires pour décider combien de points de prélèvement il faut prévoir dans les cas concrets, où il faut les placer, et où et quand il y a lieu de prélever des

échantillons dans la zone en amont du site.

7

1 Introduction

1.1 Généralités

En vertu de l"art. 5, al. 4, let. b, de l"ordonnance du 28 août 1998 sur l"assainissement des sites pollués (ordonnance sur les sites contaminés, OSi- tes), l"autorité déterémine les sites pour lesquels il faut procéder à une investiga- tion préalable. Son objectif est d"apprécier les besoins de surveillance et d"assainissement des sites pollués (art. 8 OSites). S"agissant de la protection des eaux souterraines, cette appréciation requiert des investigations sur le site lui-même (danger concret) et dans la plupart des cas des analyses de l"aquifère (danger immédiat): € un site doit être surveillé lorsque l"on constate, en aval du site, la présence de substances provenant de ce site et susceptibles de polluer les eaux (art. 9, al. 1, let. b, OSites); € un site doit être assaini si la concentration des substances en provenant dé- passe, mesurée en aval à proximité du site, la moitié de la valeur de con- centration mentionnée dans l"annexe 1 de l"OSites pour les eaux souterrai- nes exploitables (art. 9, al. 2, let. b, OSites) et le double de cette valeur pour les autres eaux souterraines (art. 9, al. 2, let. c, OSites). La question se pose donc de savoir ce qu"il faut entendre par " en aval à proxi- mité du site » et comment délimiter la zone concernée. En raison du caractère généralement hétérogène du sous-sol et des eaux souterraines, le choix de points de prélèvement appropriés et le prélèvement d"échantillons d"eau repré- sentatifs requièrent des compétences élevées de la part du conseiller scientifi- que mandaté pour procéder aux investigations. Pour savoir si une substance provient du site examiné, on procède générale- ment à une comparaison de la qualité de l"eau souterraine en amont et en aval du site. Le groupe de travail " Investigation préalable » de l"OFEFP s"est fixé pour ob- jectif d"élaborer une " caisse à outils » comprenant des aides à l"exécution d"orientation pratique et faciles à mettre en œuvre pour procéder à l"investigation préalable de sites pollués. Cette " caisse à outils » comprend des instructions pratiques, des listes de contrôle et des documents de base permettant d"ac- complir des tâches spécifiques en conformité avec les dispositions légales en vi- gueur. Ces aides à l"exécution visent notamment à augmenter la qualité et l"efficacité des investigations, et par conséquent la rentabilité du traitement des sites contaminés. 8

1.2 Objectifs de l'aide à l'exécution

L'objectif principal de l'aide à l'exécution est de contribuer à ce que les besoins de surveillance et d'assainissement des sites soient appréciés de manière ho- mogène dans toute la Suisse, et de procurer ainsi la sécurité juridique dont nous avons besoin pour traiter les sites contaminés. Visant à déterminer les éléments techniques nécessaires pour établir le danger immédiat qui pèse sur les eaux souterraines voisines d'un site contaminé, elle comprend notamment:

€ la définition de la zone en aval du site;

€ des critères de délimitation de la " zone en aval à proximité du site »; € des critères pour fixer les points de prélèvement dans la zone en aval et la zone en amont du site; € des directives concernant l'échantillonnage.

1.3 Domaine d'application

La présente aide à l'exécution a été élaborée pour régler l'échantillonnage d'eau

souterraine dans le cadre de l'investigation préalable des sites pollués. C'est pourquoi elle se concentre sur la détermination des points de prélèvement visant à établir les besoins de surveillance et d'assainissement. Les considérations qu'on y trouve s'appliquent aussi à d'autres domaines inhé- rents au traitement des sites contaminés, tels l'échantillonnage d'eau souterraine dans le cadre d'une investigation de détail ou de la surveillance d'un aquifère. Mais elle ne traite pas de questions ni d'objectifs propres à ce genre d'investi- gations. " Caisse à outils » de l'OFEFP pour le traitement des sites contaminés: sélection d'instruments de travail

Cahier des charges pour

l'investigation technique

Prélèvement et analyse

d'air interstitiel

Essai de

lixiviation sur colonne selon l'OSites

Prélèvement d'eau

souterraine sur des sites polluésMéthodes d'analyse

Tests éco-

toxicologiques

Prélèvement

de solides Figure 1: " Caisse à outils » pour le traitement des sites contaminés 9

2 Délimitation d'un site pollué

Pour être en mesure de cerner la " zone en aval à proximité d"un site », il faut d"abord délimiter le site lui-même. Les informations retirées de l"investigation historique fournissent généralement une base très utile à cet effet. Le périmètre des sites pollués est déterminé par la présence et l"extension de la pollution. Ils sont fréquemment inscrits au cadastre en fonction des parcelles concernées. En revanche, les investigations selon l"OSites doivent se concentrer sur les zones effectivement polluées. Dans les sites de stockage définitif, le pourtour de la pollution correspond géné- ralement au périmètre inscrit au cadastre. Par contre, dans les aires d"exploitation, il faut souvent subdiviser le périmètre en secteurs affectés par des pollutions différentes en fonction des événements passés, tels qu"activités polluantes, accidents, etc. Il arrive fréquemment que ces secteurs ne puissent être identifiés avec précision qu"au terme de l"investigation historique. Les secteurs dont on a pu déterminer avec certitude qu"ils ne renfer- ment aucune charge polluante ne font pas partie du site pollué proprement dit. Pour des raisons pratiques, il peut donc être judicieux de recenser séparément, à l"intérieur d"un site répertorié au cadastre, les secteurs à problèmes et les foyers de pollution, notamment les " hot spots », dont les émissions dans les eaux souterraines jouent un rôle primordial pour l"évaluation du site.

Principes généraux:

€ une parcelle peut comporter plusieurs sites pollués; € un site pollué peut s"étendre sur plusieurs parcelles. Pour être en mesure d"évaluer un site, il faut déterminer les secteurs suscepti- bles de relâcher des polluants, qu"il y aura donc lieu d"examiner. On peut envi- sager quatre cas de figure (fig. 2.1): Cas A: l"ensemble du site renferme des charges polluantes; le secteur pollué correspond sensiblement au périmètre du site tel qu'il figure dans le cadastre, indépendamment des limites de parcelles (p. ex. décharge). Cas B: à l'intérieur d'un site figurant dans le cadastre, on peut distinguer des secteurs dont l'éventail de polluants varie par la nature et la quantité, ou au cours du temps (p. ex. fabrique avec des ateliers de production à risques, lieux d'accident ou entrepôts). Dans un tel site, les réflexions relatives à l'échantillon- nage tiendront compte des différences entre les spectres d'émissions. Cas C: à l'intérieur d'un site figurant dans le cadastre, l'investigation historique révèle par exemple qu'un seul secteur est effectivement pollué (p. ex. un atelier sur un grand parking). Dans ce cas de figure, seule la surface effectivement af- fectée sera considérée comme un site pollué. Dans un tel site, les réflexions re- latives à l'échantillonnage se concentreront sur le secteur pollué.

10Cas D: il comprend les situations où des substances ont été entraînées hors du

site proprement dit, au fil du temps, par un phénomène de transport ou de diffu- sion, et ont pollué le sous-sol des environs à un tel point qu'il doit également être

intégré dans le site pollué (cf. également fig. 2.2). Dans un tel site, les réflexions

relatives à l'échantillonnage seront étendues à l'ensemble du périmètre pollué.

Périmètre

Sous-sol potentiellement

pollué

Cas A Cas B

Secteur fabrique

Secteur

accidentSecteur entrepôt

Secteur

atelierSecteur parkingParcelle / site Parcelle A

Secteur

pré

Secteur

citerne

Pollution

entraînée dans le sous-sol

Secteur

fabrique

Limite du site

pollué

Cas C Cas D

Parcelle

B

Parcelle C

Parcelle BParcelle

A

Ancienne décharge

Figure 2.1 Site et secteurs pollués

11Lorsqu"un forage implanté dans la zone que l"on supposait " en aval du

site » fait apparaître une pollution directement issue du site en question, les in- vestigations (forages, levés géophysiques, mesures du gaz contenu dans le sol) seront répétées jusqu"à ce que l"on puisse délimiter le site pollué et que les points de mesure des eaux souterraines se trouvent sans aucun doute dans la zone en aval du site. Dès que les limites effectives du site auront été établies, en incluant tous les pa- naches de pollution qui en sont issus, il conviendra d"adapter les données figu- rant dans le cadastre. Les considérations précédentes débouchent sur la conclusion suivante: avant de chercher à circonscrire la zone en aval du site, il faut généralement avoir achevé l"investigation historique, voire entamé l"investigation technique, mais en tout cas avoir résolu le problème de la délimitation du site.

Citerne

Niveau de la nappe,

hautes eaux basses eauxZone en aval du site

Site pollué sur

la parcelle A

Limite effective du site pollué

Zone de

battement de la nappe

Pollution dentrainée ans le sous-sol

Pollution dissoute dans la nappesur la parcelle B

Figure 2.2: Pollutions entraînées

Par ailleurs, un forage effectué en vue de prélever des échantillons d"eau souter- raine peut aussi fournir des renseignements aidant à circonscrire un site pollué. Pour cette raison, comme toujours lors du traitement des sites pollués, il est conseillé de procéder par étapes, en utilisant itérativement les résultats de cha- que étape d"investigation pour planifier les suivantes. L"étude historique d"un site peut aussi démontrer qu"il n"y a pas de secteurs à problèmes, qu"il est impossible que des polluants aboutissent dans les eaux souterraines ou que la pollution en question revêt une importance mineure. Si le

12conseiller scientifique parvient à exposer clairement cet état de fait dans le ca-

hier des charges, on pourra renoncer aux échantillonnages d"eau souterraine.

3 La zone en aval d'un site pollué

Définition: par " zone en aval d"un site pollué », on entend la zone où les pol- luants qui s"échappent du site peuvent se propager dans les eaux souterraines, que ce soit par transport convectif ou par diffusion, advection ou dispersion. Dans un aquifère à porosité homogène et isotrope (conditions idéales), proche du site, cette zone a la forme d"une parabole entourant tout le site, dont l"axe est déterminé par la direction des écoulements souterrains (fig. 3.1). Au moment de délimiter la zone en aval d"un site, il convient de vérifier si la pol- lution causée par ce site se cantonne dans la tranche insaturée surmontant le niveau piézométrique ou si elle a franchi ce niveau et atteint la zone saturée. Dans le premier cas, le sommet de la parabole correspond au point le plus en amont du site. Dans le second cas, il faut ajouter en amont une zone d"influence dont l"extension dépend de facteurs hydrogéologiques comme le gradient hy- draulique, la dispersion longitudinale et latérale, la profondeur d"immersion, etc. La forme de la zone en aval d'un site est déterminée par les paramètres géo- métriques et hydrogéologiques suivants: € la taille du site, notamment sa largeur, mesurée perpendiculairement à la di- rection des écoulements souterrains; € l"épaisseur de l"aquifère H; € le gradient hydraulique de l"aquifère I; € le coefficient de perméabilité K selon Darcy; € la porosité efficace n. A l"aide de ces paramètres, on établit un modèle hydrogéologique conceptuel du site et de la zone en aval de celui-ci. Le conseiller scientifique chargé de la mo- délisation doit disposer de connaissances approfondies en hydrogéologie et d"une grande expérience en la matière. Les paramètres hydrogéologiques seront soit tirés de précédentes recherches, soit obtenus par extrapolation à partir de zones voisines. L"estimation de ces paramètres n"est admissible que dans les cas simples. Dans les cas complexes, on commencera par établir ces paramètres en appli- quant des méthodes appropriées, telles que mesures de piézomètres agencés en triangle ou levés géophysiques. S"il faut recourir à ce genre de méthodes, il convient de le spécifier dans le cahier des charges relatif aux investigations techniques. Cette démarche, qui consiste à délimiter la zone en aval du site par des forages avant de situer les points de prélèvement dans les eaux souterrai-

nes à l"intérieur de ce périmètre, correspond à la procédure par étapes qui s"est

avérée efficace dans le traitement des sites contaminés. Le conseiller scientifi- que a pour tâche de concevoir les étapes de manière à limiter au maximum le nombre d"itérations nécessaires. 13

Site pollué

Direction des

écoulements

souterrains

Panache de polluants à

différentes concentrations

Direction des

écoulements

souterrains

Site polluéZone en aval du site

Figure 3.1: Panache de pollution en aval d"un site (dans les conditions idéales d"un aquifère homogène et isotrope) Le calcul des paramètres dont on aura besoin pour déterminer la zone en aval d"un site exige souvent un travail long et coûteux. C"est pourquoi on peut se contenter de la délimiter approximativement dans les cas simples. La zone en aval d"un site pollué est d"autant plus étroite que: € le gradient hydraulique de la nappe souterraine (ou la déclivité de la pente) est élevé, € l"aquifère est homogène, € sa perméabilité est élevée. La zone en aval d"un site pollué est d"autant plus large que: € le gradient hydraulique est faible, € l"aquifère est hétérogène, € sa perméabilité est faible. La zone en aval d"un site peut être subdivisée au moyen d"isolignes en zones sensiblement elliptiques de concentrations semblables de substances, que l"on nomme " panaches de pollution ». La forme ellipsoïdale d"axe longitudinal allon- gé résulte du fait que les substances sont transportées par convection dans les eaux souterraines et que la dispersion est plus marquée dans la direction longi- tudinale, correspondant au sens de l"écoulement, que dans la direction transver-

14sale. La forme de l"ellipse ne dépend pas seulement des paramètres hydrogéo-

logiques, mais aussi des substances transportées, si bien qu"elle diffère d"une substance à l"autre. La forme du panache de pollution dépend également: € du degré d"hétérogénéité et d"anisotropie de l"aquifère; € du type et de la quantité de substances provenant du site; € des interactions entre les diverses substances, le milieu aquifère et la nappe souterraine (p. ex. la solubilité, les effets de sorption, etc.); € de la forme et de l"extension de la pollution sur le site.

A ce sujet, on distinguera les cas suivants:

1) L"aquifère est sensiblement homogène et isotrope (p. ex. gravier homo-

gène). Dans ces conditions idéales, la parabole de la zone en aval du site et les panaches de pollution elliptiques peuvent être évalués à l"aide de modè- les mathématiques.

2) L"aquifère est hétérogène et anisotrope, si bien que les eaux souterraines

suivent des cheminements préférentiels (p. ex. gravier hétérogène et aniso- trope, moraine, éboulis de pente, cône de déjection torrentiel, rocher). Dans ces conditions, il est souvent impossible de délimiter numériquement la pa- rabole. Dans le meilleur des cas, la zone en aval du site pourra être circons- crite en exécutant des essais de traçage ou en analysant des isotopes sta- bles. Dans ces cas de figure, on considérera par prudence la zone située en contrebas (au sens des eaux souterraines) d"un site comme une " zone en aval d"un site pollué » sur une grande largeur, qui sera déterminée empirique- ment. Dans les cas complexes, on délimitera l"étendue du panache de pollution avant de déterminer les points de prélèvement, en appliquant des méthodes spéciales. Selon les substances, on recourra par exemple à des méthodes géophysiques ou à des analyses de l"air interstitiel. En délimitant la zone en aval et le panache de pollution, on prendra toujours en compte le fait que le gradient de l"aquifère et la direction des écoulements sou- terrains peuvent varier selon le niveau d"eau, par exemple d"une saison à l"autre. L"axe longitudinal de la parabole peut donc fluctuer selon un angle plus ou moins grand. Par prudence, on délimitera la zone en aval de telle manière qu"elle forme une parabole englobant toutes les paraboles possibles à différents niveaux pié- zométriques. En règle générale, plus la zone en aval et le panache de pollution sont définis avec précision, plus il est facile de fixer les points de prélèvement et moins il en faut pour obtenir un échantillonnage représentatif (chapitre 6). 15 Aquifère homogène à perméabilité élevée gradient faible gradient élevé Aquifère hétérogène, à faible perméabilitéquotesdbs_dbs25.pdfusesText_31

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